H/F These de doctorat physique des mouvements collectifs

Sujet de thèse :
Objectif : L’objectif de cette thèse est de comprendre la dynamique collective des groupes d’animaux massifs au travers de la statistique de leurs fluctuations de forme. La thèse combinera expériences de terrain, analyse de données et modélisation.

Contexte et positionnement :

Dans des systèmes aussi variés que les colonies de micro-organismes ou les bancs de poissons, nous comprenons comment l’emergence d'ordre orientationnel peut produire un mouvement collectif cohérent sans contrôle centralisé. Pourtant, lorsqu’on observe un banc de poissons, la structure immédiatement perceptible n’est pas l’orientation des individus, mais le groupe lui-même : une phase cohésive dont la forme fluctue continuellement tout en restant capable de répondre collectivement à des perturbations localisées.

Paradoxalement, la dynamique de la forme des groupes reste beaucoup moins comprise que celle des interactions entre les individus qui les composent. Des modèles numériques reproduisent certaines signatures visuelles des foules animales, mais les mécanismes gouvernant leurs fluctuations morphologiques et leur réponse aux perturbations extérieures demeurent largement inconnus.
Cette thèse propose d’aborder les bancs de poissons comme des phases actives cohésives possédant une interface fluctuante. Nous nous appuierons sur un jeu de données de terrain obtenu lors d’observations de bancs comprenant de plusieurs centaines à plusieurs millions d’individus. Plusieurs sites d’agrégation observables à dates et lieux fixes ont déjà été identifiés.

Trois axes de travail :
Axe 1-- étendre notre jeu de données au travers de nouvelles campagnes d’observation en milieu naturel.
Axe 2-- comprendre la statistique des fluctuations spontanées de forme dans les trois états collectifs principaux observés chez les poissons : swarming, milling et schooling. À partir de mesures quantitatives, nous développerons une description hydrodynamique des bancs vus comme des phases cohésives actives. Nous chercherons notamment à établir l’analogue d’une loi de Laplace reliant la géométrie locale de l’interface aux propriétés mécaniques effectives du groupe. Cette approche permettra de questionner l’universalité des comportements observés entre espèces et régimes collectifs.
Axe 3-- étudier la réponse des bancs aux attaques de prédateurs afin d’identifier les mécanismes gouvernant la propagation de l’information dans ces systèmes.

Profil recherché: Les candidats auront de solides bases en physique statistique, et en physique numérique. Une grande aisance avec l'analyse de donnée est indispensable. Un excellent niveau d'anglais est indispensable à notre travail collaboratif.

Contexte :
Le projet se déroulera au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon, sur le site Monod. Il s’inscrit dans un programme de recherche sur la dynamique collective initié il y a plus de six ans, dans lequel l’équipe occupe aujourd’hui une posi
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